纳米生物与仿生材料第五章.pptx

天然生物材料结构与结构仿生 生物矿化 纳米生物材料自组装 仿生智能材料 生物传感器 仿生材料 仿生学 • 仿生学一词是1960年由美国斯蒂尔根据拉丁文 “bios（生命方式的意思）”和字尾“nlc（‘具 有……的性质’的意思）”构成的。 • 自古以来，自然界就是人类各种技术思想、工程 原理及重大发明的源泉。 • 相传早在大禹时期，我国古代劳动人民观察鱼在 水中用尾巴的摇摆而游动、转弯，他们就在船尾 上架置木桨。 生物的各种奇妙功能 给人类启发 ‐‐‐仿生思维 模仿生物本领 造出仿生材料 新兴学科——仿生学（仿生材料） 人类进化：500万年 生命进化：约35亿年→ 现代仿生学的诞生 • 20世纪60年代起,仿生学“Bionics” 的构成 全美第一届仿生学讨论会的召开—标志着仿生学的诞生 • 20世纪90年代起,材料仿生的真正起步 (Biomimetics,Biomimicry,Bio-inspired) 仿生学领域的不断拓展（人居仿生学、企业仿生学、仿生减肥等） 直接开发生物系统本身（鳗脑指挥机器人、飞蛾触须探测爆炸物等） 仿生学 • 仿生学作为一门独立的学科，形成于20世纪60年 代，它是研究生物系统的结构性质、能量转换和 信息加工的处理过程，用来改善现有的或创造出 崭新的机械、仪器、建筑结构和工艺过程的边缘 学科。仿生技术是发展现代高新技术的重要途径 之一。 我国最早的仿生师——鲁班 • 我国古代杰出的工匠鲁 班，在一次上山砍树时， 不小心被一棵小草划破 了手，他好奇地摘下草 叶观察，发现叶子的边 缘有许多锋利的小齿， 于是突发奇想，把铁片 磨上细齿用来割断木头， 从而发明了常用的伐木 工具——锯。锯的发明 是鲁班从带齿的叶片得 到的启发。 导弹命名“响尾蛇” • 响尾蛇是一种毒性很 强的蛇，它有一种能 探测周围环境中温度 变化的红外线感受器， 长在眼睛与鼻孔之间 的颊窝里。由于响尾 蛇具备了这种红外线 感受器，在黑暗中也 能准确无误地捕获猎 物。 导弹命名“响尾蛇” • 美国的海军武器研究 中心，利用这一原理， 研制出一种空对空导 弹的敏感器件，能够 探测来自目标的红外 辐射，从而紧紧盯住 目标不放，直至把目 标摧毁。这种导弹被 命名为“响尾蛇导 弹”。 侧向运动时，蛇身体只有几个点接触地面，为了减少与高温沙 漠接触，沙漠蛇多半采用这种运动形式 在狭窄的空间内，蛇无法摆动，只能采用直线和伸缩的方式向 前运动大多时候，蛇采用蜿蜒运动的方式前进，这是它效率最 高的运动方式 蛇形机器人，而且这种蛇形机器人能够适应外星球，比如月球、 火星等等这种未知的环境来做一些探察工作 蛇形机器人 伪装之王变色龙 • 变色龙学名叫“避 役”，它行动迟缓， 面目可憎，浑身灰黑 色，布满了疙瘩，可 是它在一昼夜中能变 换六七种颜色。原来， 变色龙的表皮上有一 个变幻无穷的“色彩 仓库”，贮藏着黄、 绿、蓝、黑等各种色 素细胞，一旦周围的 光线、温度和湿度发 生了变化，变色龙就 随之改变体色。 伪装之王变色龙 • 科学家仿照变色龙，制成 了一种既能自动改变颜色， 又始终与环境保持一致的 军装。这种军装用一种对 光线变化很敏感的化学纤 维织成的布料制成，士兵 穿上这种军装，可以放心 地从白色的沙滩上登陆， 在森林里军装是深绿色， 在草地时又变成麻黄色的 了。 鳄鱼“流泪”的启示 • 凶残的鳄鱼在吞食猎物时， 总是流着“悲伤”的眼泪， 其实它们是在排泄体内多 余的盐分。生活在咸水或 海水中的动物，体内都有 一种特殊的结构——盐腺， 各种盐腺的构造基本一样： 中间是一根导管，并向四 周辐射出几千根细管，跟 血管交织在一起，把血液 中多余的盐分离析出来， 再通过中央的导管排泄到 体外。 • 盐腺是动物天然的 “咸水淡化器”。科 学家从鳄鱼的流泪中 得到启示，模仿盐腺 的构造原理，研制出 一种体积小、重量轻、 效率高、价格低的 “仿生海水淡化器”， 从根本上解决了海水 淡化的难题。 啄木鸟 • 啄木鸟一天可发出约600 次的啄木声，每啄一次的 速度可达每秒55ｋｍ，比 空气中的音速还快1.6倍， 而它的头部摇动的速度更 快，约每小时2 080ｋｍ， 比射出的子弹还要快1倍 多。此时，它头部所受到 的冲击力约为所受重力的 1000倍，而一辆时速为56 ｋｍ的汽车撞在一堵墙上， 受到的冲击力仅为所受重 力的10倍。为什么啄木鸟 头部可以受到那么大的力 却不会得脑震荡? 啄木鸟与新型安全帽 • 原来啄木鸟头部的构造与众 不同，它的脑壳非常坚硬， 周围还有一层海绵状的骨骼， 里面吸附着很多液体，能起 消震作用